重慶市榮昌區(qū)瀨溪河重金屬污染及兒童健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鄭榮周，王秋娟，雷 宇，唐 韜，李啟藍(lán)，謝 益，李治蓓

（重慶市榮昌區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 402460）

重金屬在水體中具有隱蔽性、穩(wěn)定性、含量較低等特點(diǎn)，其污染的累積性和嚴(yán)重性會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的有害影響[1]。重金屬污染物可以通過(guò)工農(nóng)業(yè)及生活廢水的排放、降水徑流、受污染底泥的釋放及大氣沉降等途徑進(jìn)入水體，并可通過(guò)飲水、食物鏈等途徑直接或間接地影響到人類(lèi)的健康[2-3]。研究表明，飲水是人體暴露于有毒物質(zhì)最直接的途徑。飲用水中污染物即使含量很低，但長(zhǎng)期低劑量暴露依然會(huì)對(duì)人體健康造成危害[4-5]。兒童的成長(zhǎng)過(guò)程受各種因素的作用，導(dǎo)致兒童暴露在環(huán)境污染物中的機(jī)會(huì)更多，受環(huán)境污染物的影響更大，相同劑量的環(huán)境污染物對(duì)兒童產(chǎn)生的損害更持久[6]。因此，定量評(píng)價(jià)水環(huán)境中重金屬的污染特征及通過(guò)飲水途徑對(duì)兒童健康的危害風(fēng)險(xiǎn)程度具有重要意義。

瀨溪河發(fā)源于大足區(qū)天山鄉(xiāng)白云村，從榮昌區(qū)境內(nèi)萬(wàn)靈鎮(zhèn)由東北向西南橫貫區(qū)境南部，在清江鎮(zhèn)入四川瀘縣境內(nèi)的胡市匯入沱江。干流全長(zhǎng)238 km（重慶境內(nèi)122.9 km），全流域面積3 257 km2，平均坡降0.05%。在榮昌區(qū)內(nèi)干流長(zhǎng)51.5 km，流域面積708.0 km2，占全區(qū)面積的66.0%。境內(nèi)共有各級(jí)大小支流100余條，較大的支流有珠溪河、窟窿河和新峰河。瀨溪河承擔(dān)了榮昌區(qū)萬(wàn)靈鎮(zhèn)、昌元街道、昌州街道等共7個(gè)鎮(zhèn)街的工農(nóng)業(yè)用水，及榮昌區(qū)80余萬(wàn)居民的飲水任務(wù)，是重慶市榮昌區(qū)的“母親河”。近年來(lái)，隨著榮昌區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染物侵入瀨溪河，對(duì)沿岸居民飲水安全造成較大的影響。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

本文共設(shè)置具有代表性監(jiān)測(cè)斷面3個(gè)，即選取瀨溪河入境界牌斷面作為上游大足入境對(duì)照斷面、沙堡斷面作為河流敏感區(qū)斷面、高洞電站作為瀨溪河經(jīng)過(guò)榮昌納污后的控制斷面。于2020年1月至2020年12月每月對(duì)瀨溪河入境界牌斷面、出境高洞電站斷面、飲用水源地沙堡斷面進(jìn)行定點(diǎn)采集，采樣點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。

圖1 采樣布點(diǎn)示意圖Fig.1 Distribution of the sampling sites

1.2 樣品采集與處理

砷、硒、汞、六價(jià)鉻樣品采集后沉降30 min，取上層非沉降部分，收集500 mL水樣，立即加入5 mL濃鹽酸酸化，置于4℃的冰箱中密封保存。采用直立采樣器在水面下0.5 m處采集水樣，水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾，收集500 mL水樣，立即加入5 mL濃硝酸酸化，置于4℃的冰箱中密封保存[7]。依據(jù)《水質(zhì)65種元素的測(cè)定電感耦合等離子體質(zhì)譜法》（HJ 700—2014）對(duì)鎳、銅、鋅、鎘用電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《水質(zhì)鐵、錳的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法》（GB 11911—1989）對(duì)鐵、錳進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《水質(zhì)汞、砷、硒、鉍和銻的測(cè)定原子熒光法》（HJ 694—2014），對(duì)砷、硒、汞進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《水質(zhì)六價(jià)鉻的測(cè)定二苯碳酰二肼分光光度法》（GB 7467—1987）對(duì)六價(jià)鉻進(jìn)行測(cè)定。采用現(xiàn)場(chǎng)平行、實(shí)驗(yàn)室平行、自控樣、加標(biāo)回收法進(jìn)行質(zhì)量控制，平行樣標(biāo)準(zhǔn)偏差均控制在5%以?xún)?nèi)；各元素自控樣均在偏差范圍內(nèi)，各元素加標(biāo)回收率均滿(mǎn)足分析方法要求。采用Excel、SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3 河流水質(zhì)污染評(píng)價(jià)方法

1.3.1 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是評(píng)價(jià)水體中各污染物對(duì)水體產(chǎn)生復(fù)合污染的常用方法。本文采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)水體重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于瀨溪河水域功能為Ⅲ類(lèi)，故標(biāo)準(zhǔn)限值采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值。重金屬綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：綜合污染指數(shù)≤0.7為安全，0.7＜綜合污染指數(shù)≤1.0為潛在污染，1.0＜綜合污染指數(shù)≤2.0為輕度污染，2.0＜綜合污染指數(shù)≤3.0為中度污染，綜合污染指數(shù)＞3.0為重度污染[8]。計(jì)算公式如下[9]：

式中：Pi為第i種重金屬的單因子污染指數(shù)；Ci為水體中第i種重金屬質(zhì)量濃度，mg/L；Bi是第i種重金屬的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；P為重金屬綜合污染指數(shù)；Pmax為重金屬單因子污染指數(shù)的最大值；Pave為重金屬單因子污染指數(shù)的平均值。

1.3.2 健康風(fēng)險(xiǎn)危害評(píng)價(jià)

國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)和世界衛(wèi)生組織根據(jù)水體中化學(xué)有毒污染物的可靠性程度，將污染物分為兩類(lèi)：基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)[10]，其中基因毒物質(zhì)包括放射性污染物和化學(xué)致癌物，化學(xué)致癌物質(zhì)主要有鎘（Cd）、砷（As）和鉻離子（Cr6+）。由于放射性物質(zhì)、Cd和Cr6+在瀨溪河水體中均未檢出，故本文基因毒物質(zhì)主要分析化學(xué)致癌物中As所產(chǎn)生的致癌風(fēng)險(xiǎn)。軀體毒物質(zhì)[11]即化學(xué)非致癌有毒物質(zhì)，主要分析瀨溪河中檢出的鐵（Fe）、錳（Mn）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）所產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)?；瘜W(xué)致癌物風(fēng)險(xiǎn)模型[12]及非致癌物風(fēng)險(xiǎn)模型[13]公式如下：

式中：Rc為化學(xué)致癌物經(jīng)飲水暴露產(chǎn)生的人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)，a-1；Q為個(gè)人飲水量，L/d；c為化學(xué)致癌物的質(zhì)量濃度，mg/L；w為個(gè)人平均體重，kg；Y為研究區(qū)域人均壽命；q為化學(xué)致癌物經(jīng)飲水暴露攝入的致癌系數(shù)，mg/（kg·d）。Rn為化學(xué)非致癌物經(jīng)飲水暴露產(chǎn)生的人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)，a-1；Ci為化學(xué)非致癌物的質(zhì)量濃度，mg/L；RfDi為化學(xué)非致癌物所致健康風(fēng)險(xiǎn)參考劑量，mg/（kg·d）。

假定各種有毒污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的作用是獨(dú)立的，且不存在協(xié)同或者拮抗作用，則致癌物及非致癌物產(chǎn)生的致癌風(fēng)險(xiǎn)疊加之和即為水環(huán)境健康評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)水平[12，14]。

1.1.3 模型的參數(shù)

化學(xué)致癌物及非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)涉及的參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)2019年《重慶市2019年度居民健康狀況報(bào)告》男性期望壽命為75.27歲，女性期望壽命為80.78歲，7歲男孩平均體重為25.52 kg，7歲女孩平均體重為24.21 kg[15]，兒童平均飲水量為1.0 L/d[14]。

表1 模型參數(shù)Table 1 Model parameters

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)瀨溪河3個(gè)斷面重金屬檢測(cè)結(jié)果，10種重金屬中鎘、硒、汞、六價(jià)鉻均未檢出，鐵、錳、鎳、銅、鋅、砷、鉛雖有檢出，但均能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，瀨溪河各監(jiān)測(cè)斷面綜合污染指數(shù)均遠(yuǎn)小于0.7，為安全狀態(tài)。這均得益于2017年瀨溪河掛牌督辦后，榮昌區(qū)集中精力對(duì)瀨溪河沿岸污水管網(wǎng)、畜禽養(yǎng)殖及沿岸工業(yè)企業(yè)排污進(jìn)行多方位的管控。相對(duì)沙堡和高洞電站斷面，入境界牌斷面綜合污染指數(shù)最高，主要因?yàn)?月開(kāi)始瀨溪河進(jìn)入枯水期，上游來(lái)水明顯減少，水體自?xún)裟芰χ饾u減弱，導(dǎo)致污染指數(shù)逐漸升高。

界牌斷面在冬季綜合污染指數(shù)最大，為0.140，夏季秋季從0.045逐漸降低至0.039。主要因?yàn)槎緸闃s昌區(qū)枯水期，上游玉灘水庫(kù)水源補(bǔ)給不足，再加之界牌處于榮昌區(qū)“4A”級(jí)景區(qū)萬(wàn)靈古鎮(zhèn)內(nèi)，冬春季為旅游高峰期，人為對(duì)水質(zhì)的干擾及徑流補(bǔ)給不及時(shí)導(dǎo)致界牌在冬季污染較嚴(yán)重；夏秋季是重慶市多雨季節(jié)，上游玉灘水庫(kù)在滿(mǎn)足蓄水后，大量的水流補(bǔ)給是界牌斷面在夏秋季綜合污染指數(shù)逐漸降低的主要原因。沙堡斷面呈現(xiàn)為春季綜合污染指數(shù)最高，為0.095，夏、秋、冬季綜合污染指數(shù)變化不大。高洞電站斷面呈現(xiàn)春季最大（0.104），秋季最?。?.032）的趨勢(shì)。界牌斷面與沙堡斷面之間幾乎無(wú)排污口、畜禽養(yǎng)殖等污染的威脅存在，故水體在經(jīng)過(guò)自身的凈化后綜合污染指數(shù)明顯降低。不同的是從沙堡到高洞電站斷面存在32個(gè)較大的入河排污口，雖入河排污口企業(yè)均能達(dá)標(biāo)排放，但企業(yè)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)均遠(yuǎn)大于瀨溪河地表水Ⅲ類(lèi)排放標(biāo)準(zhǔn)，加之鎮(zhèn)街生活污水處理廠污水的入河排放，導(dǎo)致沙堡斷面水體在流向高洞電站斷面時(shí)接納了大量的污染源，除秋季外，高洞電站斷面各季節(jié)綜合污染指數(shù)總體高于沙堡斷面。

從10種金屬對(duì)三個(gè)斷面綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)來(lái)看，三個(gè)斷面在春季鐵的單項(xiàng)污染指數(shù)最大，對(duì)綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)最大，其中界牌斷面鐵的單項(xiàng)污染指數(shù)為0.129，高洞電站為0.098，沙堡斷面為0.113。三個(gè)斷面在夏季錳的單項(xiàng)污染指數(shù)最大，對(duì)綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)最大，其中界牌斷面錳的單項(xiàng)污染指數(shù)為0.058，高洞電站為0.109，沙堡斷面為0.045。與夏季相同，三個(gè)斷面在冬季錳的單項(xiàng)綜合污染指數(shù)最大，對(duì)綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)最大，其中界牌斷面鐵的單項(xiàng)污染指數(shù)為0.248，高洞電站斷面為0.112，沙堡斷面為0.076。秋季界牌斷面和高洞電站斷面鐵的單項(xiàng)污染指數(shù)最大，對(duì)綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)最大，其中界牌斷面鐵的單項(xiàng)污染指數(shù)為0.049，高洞電站為0.039；沙堡斷面在秋季錳的單項(xiàng)污染指數(shù)最大，對(duì)綜合污染指數(shù)的貢獻(xiàn)最大，為0.060。

2.2 致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

本文以As為化學(xué)致癌物的代表因子對(duì)瀨溪河致癌物質(zhì)經(jīng)飲水途徑暴露產(chǎn)生的兒童致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3及表3。從年均值來(lái)看，化學(xué)致癌物兒童（男）人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)水平Rc高洞電站最高，為1.33×10-5/a，界牌最低，為1.27×10-5/a；化學(xué)致癌物兒童（女）人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)水平Rc高洞電站最高，為1.30×10-5/a，界牌最低，為1.29×10-5/a，致癌物風(fēng)險(xiǎn)水平與水質(zhì)綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果趨勢(shì)相同。年均和月均致癌風(fēng)險(xiǎn)水平均低于USEPA規(guī)定，小型人群可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平為10-5/a～10-4/a[16]，但均超過(guò)瑞典環(huán)境部、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)、荷蘭建設(shè)和環(huán)境部推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平1×10-6/a，說(shuō)明雖然化學(xué)致癌物對(duì)人體健康危害性較小，但砷污染物需要作為該有限區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控的對(duì)象。這與王程程[14]等對(duì)花溪-松柏山水庫(kù)的研究結(jié)果一致。

圖2 化學(xué)致癌物男童人均致癌風(fēng)險(xiǎn)水平Fig.3 Chemical carcinogens per capita risk of cancer in children(males)

圖3 化學(xué)致癌物女童人均致癌風(fēng)險(xiǎn)水平Fig.4 Chemical carcinogens per capita risk of cancer in children(females)

2.3 非致癌物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

研究區(qū)域內(nèi)人均年非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。單一非致癌物人均健康年風(fēng)險(xiǎn)水平和各種非致癌物人均健康年風(fēng)險(xiǎn)綜合Rn在1.13×10-9/a～1.54×10-9/a范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于各機(jī)構(gòu)提出的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。各類(lèi)非致癌物人均健康年風(fēng)險(xiǎn)水平比較而言，均以銅最大，鋅最小。非致癌物人均健康年風(fēng)險(xiǎn)水平男童和女童均表現(xiàn)為沙堡斷面＞高洞電站斷面＞界牌斷面的趨勢(shì)。

表2 各監(jiān)測(cè)斷面綜合污染指數(shù)季節(jié)變化Table 2 Seasonal variation of comprehensive pollution index of all monitored sections

表3 瀨溪河各斷面健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果Table 3 Health risk calculation results of various sections of Laixi River

由表2和表3可知，研究區(qū)域內(nèi)化學(xué)致癌物和非致癌物個(gè)人健康年總風(fēng)險(xiǎn)R值范圍為1.25×10-5～1.33×10-5/a，與化學(xué)致癌物人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)總和Rc數(shù)量級(jí)相同，可以認(rèn)為致癌風(fēng)險(xiǎn)水平遠(yuǎn)高于非致癌風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

（1）瀨溪河三個(gè)斷面水體中鐵、錳、鎳、銅、鋅、砷、鉛檢出率較高，但各斷面綜合污染指數(shù)均小于0.7，為安全狀態(tài)。高洞電站斷面和沙堡斷面均表現(xiàn)出春季綜合污染指數(shù)最高，界牌斷面表現(xiàn)出冬季綜合污染指數(shù)最高。

（2）化學(xué)致癌物男童人均月致癌風(fēng)險(xiǎn)水平Rc在7.82×10-6/a～1.79×10-5/a，化學(xué)致癌物女童人均月致癌風(fēng)險(xiǎn)水平Rc在7.67×10-6/a～1.76×10-5/a，均低于US EPA規(guī)定，小型人群可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平為10-5/a～10-4/a。

（3）非致癌物人均年風(fēng)險(xiǎn)綜合Rn在1.13×10-9/a～1.54×10-9/a之間，男童和女童均表現(xiàn)為沙堡斷面＞高洞電站斷面＞界牌斷面的趨勢(shì)。

（4）化學(xué)致癌物和非致癌物個(gè)人健康年總風(fēng)險(xiǎn)R值范圍為1.25×10-5/a～1.33×10-5/a，與化學(xué)致癌物人均年致癌風(fēng)險(xiǎn)總和Rc數(shù)量級(jí)相同，遠(yuǎn)高于非致癌風(fēng)險(xiǎn)。